【摘 要】
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本文选择的Ti-Al-Mo-V-Zr钛合金钻杆是经过锻造、轧制、挤压成型之后的管材,最终成型后的组织为原始组织,其组织类型为片层状。本文目的是通过退火、固溶时效和多重固溶时效的热处理工艺,研究钛合金在此过程中的组织与力学性能变化,同时找到具有最佳强韧性匹配的热处理工艺,提高钛合金钻杆在苛刻油气井环境中的服役水平。最终对Ti-Al-Mo-V-Zr钛合金钻杆进行实物性能评价。(1)β相变点之上的单重炉
【基金项目】
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国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”所属课题“深井超深井高效快速钻采技术及装备”；
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本文选择的Ti-Al-Mo-V-Zr钛合金钻杆是经过锻造、轧制、挤压成型之后的管材,最终成型后的组织为原始组织,其组织类型为片层状。本文目的是通过退火、固溶时效和多重固溶时效的热处理工艺,研究钛合金在此过程中的组织与力学性能变化,同时找到具有最佳强韧性匹配的热处理工艺,提高钛合金钻杆在苛刻油气井环境中的服役水平。最终对Ti-Al-Mo-V-Zr钛合金钻杆进行实物性能评价。（1）β相变点之上的单重炉冷退火主要生成的是魏氏体组织,对比980℃和1000℃退火发现随温度的升高,魏氏体里面的α相尺寸变宽、长度变大、合金强度降低、塑性韧性升高。但对比1000℃/1h/FC→600℃/AC工艺发现同样是从1000℃开始退火,强度却增加了,主要是与第二阶段600℃空冷冷却速度较快有关,此时生成的魏氏体组织更加细密,晶粒更加细小,强度提高。同时还发现980℃/1h/FC→920℃/1h//FC双重退火工艺能够极大程度地提高钛合金的塑性,观察拉伸曲线的屈服平台提高了53%。（2）通过（850℃/900℃/950℃）/1h/AC+650℃/6h/AC固溶时效工艺发现强度比退火有了明显的提升,而且在相变点之下随温度的升高,强度先降低再升高,主要是在900℃发生回复再结晶现象,晶粒尺寸有所减小导致的。1000℃/1h/FC→600℃/1h/AC+550℃/6h/AC强度、冲击功都比前三组高,达到了较好的强韧性匹配。分析认为,主要是前面三组工艺形成的显微组织类似于双态组织,后者为魏氏体组织,因此冲击功高,而且时效温度比较低,有更多的弥散相析出,提高了强度。1000℃/1h/FC→600℃/1h/AC+550℃/6h/AC工艺屈服强度达到931MPa,满足S135钢钻杆的力学性能要求。多重固溶强韧性匹配低于固溶时效的。（3）对Ti-Al-Mo-V-Zr钛合金钻杆材料进行高温拉伸发现,随着拉伸温度的升高,钛合金钻杆材料的屈服强度和抗拉强度逐渐下降,但延伸率和断面收缩率逐渐升高。原始样品高温拉伸温度超过300℃时,强度下降加快,塑性升高加快。但是当在200℃时,材料依旧具有较好的力学性能Rm=847MPa,R0.2=737MPa,A=14%,此时依旧满足105ksi钢级钻杆的力学性能,热处理之后Ti-Al-Mo-V-Zr钛合金钻杆材料的抗拉强度和屈服强度在25℃～250℃温度区间比原始组织高温拉伸强度高大约50MPa,但250℃之后两者的强度几乎相同。分析认为当温度超过250℃时,相当于对Ti-Al-Mo-V-Zr钛合金钻杆材料进行低温时效处理,组织更加均匀化,马氏体α′的含量也逐渐减少,塑性提高,此时的断面收缩率明显高于原始未热处理组织的断面收缩率,强度降低。
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